柴田　晋平山形大学理学部

パルサー磁気圏研究の今後の展望

高エネルギー宇宙物理学の将来と CTA@ 柏

●Rotation Powered Pulsar (RPP) rotating NS with B ～ 10^12G

●Accretion Powered Pulsar gas falls onto a NS from a binary companion

●Magnetar 　 (AXP,SGR)Magnetically Powered NS with B ～ 10^14 G

Ordinary Pulsar B ～ 10^12 GMillisecond Pulsar B ～ 10^8 G

High fileld RPP B ～ 10^13

NS population

RRAT (Rotating Radio Transint) B ～ 10^13

●Binary Pulsar (RPP in a binary system)

P-Pdot diagram

10^13G

10^15G

10^11G

10^9G

Eotation　LuminosityLrot　=　I　Ω(dΩ/dt)　～ μ^2　　Ω^4/c^3

SED(spectral energy density plot)

magnetospheric

Nebula

Pulsar Wind Lwind=ηw Lrot

Aharonian, F.A. & Atoyan, A.M., 1998

Unpulsed emission

Pulsed emission

E// + e/p

BB 加熱

Ｅ // 加速

ＩＣ

sync

RL=c/Ω

Rs=(Lwind/4πPext)^1/2

Vacc=RL*BL=μΩ^2/c^2

Vacc=Rs*Bn with Pext=Bn^2/8π

keVGeV

TeV

加速領域の多様性

垂直衝撃波加速の困難

See also Tanaka S. @ohsaka 磁気リコネクションの可能性

E// 加速の困難

Fermi 　時代のパルサー研究の方向 : outline

パルスプロファイルの現象論　　電波からガンマ線まで、大量のサンプル（磁気モーメントの傾斜角と viewing　angleのほとんどの組み合わせがサンプルされる）。

加速領域の大体の位置特定（そこそこに）

位相別スペクトル 加速電場と磁場の定量的な議論

磁気圏の大局的な構造の決定：多彩な加速現場の特定

・ Outer gap, ・ Polar Cap, ・ Slot gap, ・ neutral sheet, ・ Y-point

・ オーロラギャップ･ E//

・非ギャップ E// 形成、・電子陽電子生成・磁気リコネクション・ダブルレイヤー・さまざまな不安定性

Ω B

粒子加速領域

Dead zoneNull 面

Light cylinder

Polar cap

Slot gap

Outer gap ○

？

？

Romani 1995

Outer gap model の光度曲線

ガンマ線

Bai & Spittkovski ｙ 2009

Electron wind

沿磁電場強度マップ赤 (E//>0)と青 (E//<0)の濃い部分では電子陽電子対生成が起こる

R0

E//=0

E//≠0

E//=0

Outer gap

Outer Gap第一原理から証明できたモデルで、パルス波形もOKスペクトルもそこそこ

Wada and Shibata (2006), Wada and Shibata, Yuki, Shibata and Wada (2010 in preparation)

Abdo (Fermi ) 2009 “Fermi Large Area telescope observations of the Crab pulsar and nebula”

Vela Pular

Mazzano, Dumora & Gargano 2009(2009 Fermi Symposium, Washington DC. Nov 2-5)

Geminga pulsar

がが

PFF

e+e-

Dead zone

Polar Cap

Harding　2007

ガンマ線

電波電流の方向

Muslimov　&　Harding　2003

Slot Gap

Dead zone

ガンマ線

電流の方向

Ω B

粒子加速領域

Dead zoneNull 面

Light cylinder

Polar cap

Slot gap

Outer gap ○

？

？

どう描き変わる？

？のモデルに対応するパルスがみつかるか？もっと、違った加速サイトの提案！

負電荷正電荷

拡大拡大

星

結果粒子分布

緑の領域で

　　　 となる境界 (dead zone) は確かに存在する

非共回転ポテンシャル

Outer gap

Pola

r cap

Slot

gap

Yuki, Shibata and Wada (2010 in preparation)

電流の向き

慣性無視（ force free ）

global

local

(Y-point)

Contopoulos 1999

Uzdensky 2003

Komissarov 2006

慣性考慮

磁気中性面の構造は

良く分かっていない

Y-point での磁場散逸

プロセスを明らかにす

る

09 / 29

( 最新の結果： Umizaki & Shibata 2010)

時間変化

初期の磁力線　（ Uzdensky,

2003 ）

R / RLC

t ～　 P / 5 での磁力線

0.99 1.00 1.01

Z / RLC

Y-point

0.99 1.00

（ P : 星の自転周期）

赤道面0.00

0.01

0.00

0.01

1.01

0.020.02

R / RLC

Z / RLC

・磁気リコネクションが起こった。

　⇒ 放射、パルサー風加速の可能性

　⇒ プラズマの加熱を示唆polar cap 放射の

可能性

22 / 29

( Umizaki & Shibata 2010)

平均的な構造（時間平均）磁場ベクトル

・時間平均すると磁場は Y 字形の構造

|E| / |B| 分布0.02

0.01

0z

/ RLC

R / RLC

0.99 1 1.01

0.02

0.01

0

z / R

LC

R / RLC

0.99 1 1.01

・ |E| > |B| の領域は磁気中性面から数デバイ長の幅に縮退

　⇒ 磁気中性面近傍での加速　 or 加熱を

示唆

|E| > |B|

23 / 29

Ω

Magnetic　axis

Ｔｈｉｃｋ　ｗｉｎｄNeutral sheet

磁気リコネクション

パルサーオーロラ

Rotation　axis

Light　cylinder

Outer gap

Polar cap

Slot gap

≪ 再現されたイメージ≫ ≪Hard　X-ray　observation≫

22~43keV 43~64keV

大澤健（山形大学・理工学研究科）修士論文　春の学会予告

Pitch 角 θ ：小

f(γ,θ)=Kγ-βcos2θ

p||　(B方向 )

p⊥

以前おこなったＣｈａｎｄｒａ　Ｉｍａｇｅ　の再現Shibata et.al. 2007

新たにおこなった Hard X-ray Image の再現　磁気リコネクションを伴ったパルサー風衝撃波